一种IGBT模块的新型建模与瞬态仿真方法研究*

2018-08-03沈天浩陈俊玄洪文华俞小莉

机电工程 2018年7期

关键词：模型

沈天浩，黄瑞，杨帆，陈俊玄，冯权，洪文华，俞小莉*

(1.浙江大学能源工程学院, 浙江杭州 310000;2.上汽大众汽车有限公司, 上海 201805)

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在电动汽车开发的前期，需要对电池、电机、电控进行选型与匹配。IGBT模块是电控的关键部件，选择合适的IGBT模块对电动汽车电控模块的设计至关重要。

IGBT在工作过程中会产生损耗导致其温度升高。IGBT模块由封装好的IGBT芯片和FWD(续流二极管)芯片组成。结温是电子设备中半导体芯片PN结的工作温度，当结温过高时会导致硅材料芯片性能降低，乃至永久损坏。据统计，由温度过高引起的IGBT失效占全部的55%以上[1]。电动汽车设计前期只能采用仿真的方法对IGBT模块进行结温预测，分析不同工况下的发热与模块结温是否符合要求。

通过仿真对IGBT模块的结温进行预测是国内外研究的重点。姚芳[2]、宋飞[3]和陈彦[4]搭建了IGBT模块的热电联合仿真模型，得到IGBT与FWD的损耗波形和结温波形，但其仅针对一维模型，未进行三维流固耦合仿真，无法得到温度场分布；陈清[5]和王淑旺[6]对某IGBT模块进行散热分析，得到其温度场和流场分布，但其仅计算稳态工况，未计算瞬态结温。

IGBT模块工作时，其芯片发热会随时间作周期性波动，芯片的结温也随之周期性变化。目前的IGBT模块仿真方法包括一维和三维仿真，但无法同时得到IGBT模块的结温分布云图和结温波动数据。

本文以型号为FS800R07A2E3的IGBT模块为例，提出一种新型IGBT模块仿真方法。